陳松庭

在土木工程中，土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)占據(jù)著至關(guān)重要的地位。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中要考慮到設(shè)計(jì)的安全性和經(jīng)濟(jì)性，土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)必須有效滿足建設(shè)項(xiàng)目的要求。本文首先對(duì)土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的問題進(jìn)行了分析，然后提出了優(yōu)化土木工程結(jié)構(gòu)安全性管理的有效策略，進(jìn)而對(duì)土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)性控制措施加以闡述。

土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的安全性和經(jīng)濟(jì)性直接影響著整個(gè)工程的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)最重要的是要保證結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)符合建筑標(biāo)準(zhǔn)，土木工程師需要按照結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求來確保整個(gè)工程的質(zhì)量。

一、土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的問題

近年來，由于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不當(dāng)造成的安全事故頻頻發(fā)生：地鐵下陷、樓盤倒塌等，這使人們?cè)俅侮P(guān)注到設(shè)計(jì)的重要性。為提高結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的安全性和經(jīng)濟(jì)性，首先要分析目前結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的普遍性問題，再設(shè)計(jì)科學(xué)合理的解決方案以提高結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性及有效性。目前，工程結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)主要存在以下問題：

1.結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性較差

結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和變形能力將直接影響到建筑物是否容易造成傾斜或者倒塌。穩(wěn)定性當(dāng)中包括了建筑的耐久性以及安全性等綜合素質(zhì)，例如2019年8月28日深圳一小區(qū)樓房倒塌，據(jù)專家組現(xiàn)場研判后初步認(rèn)為：因房屋基底土層較差，在暗渠水流常年作用下引起樁身周圍的水土流失和樁身的腐蝕，最終造成樁基礎(chǔ)發(fā)生脆性破壞，導(dǎo)致樓體局部傾斜下沉。因此，土木工程構(gòu)件設(shè)計(jì)中的穩(wěn)定性研究和變形能力的保證必須引起設(shè)計(jì)者足夠的重視。

2.耐久性不足

耐久性保證了建筑物能夠在規(guī)定的使用年限內(nèi)保持正常的使用功能。我國疆域遼闊，每個(gè)地區(qū)的地質(zhì)條件和環(huán)境特征也會(huì)發(fā)生許多變化。如果在建筑設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)者未充分考慮到環(huán)境因素的影響，則會(huì)發(fā)生建筑物腐蝕或開裂等問題，從而影響建筑物的使用壽命并降低其耐用性。

3.抗震性能較低

我國屬于板塊變動(dòng)較為強(qiáng)烈的區(qū)域，經(jīng)常受到地震的影響。因此，為了確保工程的安全性和經(jīng)濟(jì)性，設(shè)計(jì)人員有必要對(duì)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行評(píng)估和檢測工程的抗震性能，建筑物才能夠做到“小震不壞，中震可修，大震不倒”。但是，抗震設(shè)計(jì)中設(shè)計(jì)人員經(jīng)常忽略抗震的構(gòu)造要求，在地震來臨時(shí)，會(huì)造成承重墻倒塌而威脅人類生命。

二、優(yōu)化土木工程結(jié)構(gòu)安全性管理的有效策略

1.完善土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案

為提高項(xiàng)目的安全系數(shù)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要有完整的項(xiàng)目策略并優(yōu)化設(shè)計(jì)理念，創(chuàng)新設(shè)計(jì)思路，重點(diǎn)要把握好結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的不穩(wěn)定因素，以更好地實(shí)現(xiàn)控制和降低設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)的目標(biāo)。

2.定期全面安全檢測土木工程

為提高項(xiàng)目的安全性，設(shè)計(jì)單位應(yīng)構(gòu)建嚴(yán)密的安全管理系統(tǒng)，對(duì)實(shí)施的每一個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行監(jiān)測，提高監(jiān)視級(jí)別，改善項(xiàng)目的安全系統(tǒng)并切實(shí)履行職責(zé)。同時(shí)，建立科學(xué)的方法和制度，以鼓勵(lì)設(shè)計(jì)人員提高項(xiàng)目水平并使用先進(jìn)技術(shù)來提高項(xiàng)目安全性。

3.土木工程運(yùn)用新型材料和技術(shù)

在土木工程結(jié)構(gòu)的建筑中使用新材料可以提高土木工程結(jié)構(gòu)的安全性。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，新型材料已開始滲透到建筑施工中的各個(gè)方面，新材料應(yīng)用促進(jìn)了土木工程的快速發(fā)展。例如，土木工程纖維復(fù)合材料的使用具有巨大的優(yōu)勢，降低了材料成本，提高了土木工程的質(zhì)量和安全性。進(jìn)一步完善并集成企業(yè)運(yùn)營管理信息系統(tǒng)、生產(chǎn)經(jīng)營管理信息系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)企業(yè)管理信息系統(tǒng)的升級(jí)換代，深度融合BIM、大數(shù)據(jù)、智能化、移動(dòng)通訊、云計(jì)算等信息技術(shù)，實(shí)現(xiàn)BIM與企業(yè)管理信息系統(tǒng)的一體化應(yīng)用，促進(jìn)企業(yè)設(shè)計(jì)水平和管理水平的提高，從而使土木工程結(jié)構(gòu)的安全性得到進(jìn)一步保證。

三、土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)性控制措施

1.對(duì)土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行科學(xué)評(píng)估

土木工程結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)者需要增強(qiáng)對(duì)控制成本的了解，科學(xué)地評(píng)估建設(shè)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)相關(guān)設(shè)計(jì)的科學(xué)性，并在每個(gè)階段降低成本，優(yōu)化土木工程創(chuàng)建和工程設(shè)計(jì)。例如某銀行大廈因?yàn)榫植啃枰淖兘ㄖ氖褂霉δ?，因此要?duì)結(jié)構(gòu)的整體性以及局部受到影響地方進(jìn)行科學(xué)評(píng)估，采用回彈——鉆芯綜合法對(duì)每一層的梁或柱進(jìn)行檢驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)第5、6層的梁構(gòu)件實(shí)測混凝土強(qiáng)度滿足不了新的用途要求，對(duì)此可以采用以下兩種方法進(jìn)行加固：（1）置換砼加固法，通過該方法進(jìn)行加固不會(huì)對(duì)建筑物凈空造成影響，然而施工時(shí)間較長需要結(jié)合工程工期合理選用。（2）有粘結(jié)外包型鋼加固法，該方法是將鋼板或是型鋼在梁構(gòu)件外部進(jìn)行包裹，在鋼筋砼梁加固中使用該方法時(shí)，一般借助濕式外包法進(jìn)行，就是借助環(huán)氧樹脂化灌漿以及其他方法將梁構(gòu)件和型鋼粘結(jié)為一體，完成加固后，因?yàn)槭軌号c受拉鋼的截面積增大，使得正截面剛度以及承載力增加。該方法具有現(xiàn)場工作量少、受力可靠以及施工便捷等優(yōu)點(diǎn)，然而需要大量鋼材提供支撐，同時(shí)需要做好防護(hù)措施。置換砼加固法和有粘結(jié)外包型鋼加固法各有利弊，應(yīng)擇優(yōu)而用。

2.采用靈活的土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)思路

在土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，有必要打破慣性思維，并靈活的考慮設(shè)計(jì)的每一方面。工程的設(shè)計(jì)人員必須選擇一種嚴(yán)格的科學(xué)且適當(dāng)?shù)姆椒▉韯?chuàng)建工程的設(shè)計(jì)方法，從而保證土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性。比如目前在我國的大跨度建筑工程以及特殊的結(jié)構(gòu)中可以進(jìn)行預(yù)應(yīng)力技術(shù)的創(chuàng)新，即采用體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)。體外預(yù)應(yīng)力指的就是預(yù)應(yīng)力筋設(shè)置在混凝土截面之外的預(yù)應(yīng)力，與設(shè)置在截面內(nèi)部的預(yù)應(yīng)力筋進(jìn)而完成無粘結(jié)或者是有粘結(jié)的預(yù)應(yīng)力相對(duì)應(yīng)。這種預(yù)應(yīng)力技術(shù)的創(chuàng)新有兩個(gè)體系，一個(gè)是有粘結(jié)體外預(yù)應(yīng)力體系；另一個(gè)就是無粘結(jié)體外預(yù)應(yīng)力體系，這兩個(gè)體系各有自己的特點(diǎn)，這是作為后張預(yù)應(yīng)力體系的一個(gè)主要的分支，從體外預(yù)應(yīng)力與傳統(tǒng)的預(yù)應(yīng)力體系進(jìn)行比較可以看出它的優(yōu)點(diǎn)——對(duì)土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的安全性以及經(jīng)濟(jì)性起到了很好的積極作用。

3.選擇合理的土木工程結(jié)構(gòu)類型

為了節(jié)省成本并改善土木工程的經(jīng)濟(jì)性，有必要結(jié)合現(xiàn)實(shí)情況來科學(xué)選擇土木工程結(jié)構(gòu)類型。例如，當(dāng)設(shè)計(jì)框架時(shí)，必須確?？蚣艿某叽绾蛿?shù)量的設(shè)計(jì)，降低成本并提高經(jīng)濟(jì)效益。在土木工程中需要嚴(yán)格把握的截面尺寸的構(gòu)件主要有柱、梁、板三種。柱尺寸的確定首先要進(jìn)行中柱截面尺寸的計(jì)算，確定后再進(jìn)行整個(gè)結(jié)構(gòu)恒荷載、活荷載等數(shù)值的估算。梁尺寸需要以柱距為標(biāo)桿，也就是說當(dāng)柱距的數(shù)值一致時(shí)就能夠保證跨梁、中柱連系梁等梁的尺寸相等。限制板的撓度等因素確定了板尺寸。

4.合理使用鋼結(jié)構(gòu)，提升土木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的安全性與經(jīng)濟(jì)性

鋼結(jié)構(gòu)的合理使用對(duì)于建筑的抗彎性能是有所提升的，它從整體上提高了建筑的安全性，保障了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。一般來說鋼結(jié)構(gòu)的技術(shù)施工可以使用不同的型材所組成的鋼結(jié)構(gòu)來提升土木建筑的抗彎性能，因?yàn)殇摬牡牟牧咸匦阅軌蚴沟媒ㄖ锏牧W(xué)性能更加完好。當(dāng)建筑物在進(jìn)入使用階段后，良好的抗拉性能和沖擊韌性是可以更好的應(yīng)對(duì)地震等自然災(zāi)害的，從而提高了建筑的安全性。結(jié)構(gòu)用的鋼材在壓制過程中采用鍍鋅、加合金元素等工藝進(jìn)行防銹處理，與木材、砼等結(jié)構(gòu)材料相比，其強(qiáng)度更高?；谙嗤芰l件下，鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面更小，自身較輕，安裝便捷，適用于承載重、跨度大的結(jié)構(gòu)。因此，鋼結(jié)構(gòu)的技術(shù)引入有利于控制混凝土結(jié)構(gòu)的開裂、坍縮等現(xiàn)象，使用鋼結(jié)構(gòu)的技術(shù)對(duì)于土木工程的施工是可以有效的避免傳統(tǒng)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)所存在的一些缺陷，這不僅能提升了建筑的安全性，同時(shí)也降低了后期維修養(yǎng)護(hù)的費(fèi)用。